Материалы с памятью о форме и двух- или трехмерная печать в сочетании формируют новую парадигму, которая будет способствовать развитию робототехники.
Если отойти на шаг назад и подумать о том, как мы ограничивались в основном фрезами, сверлами, токарными станками и заказами деталей через Интернет, то становится очевидным драматическое влияние трехмерной (3D) печати на робототехнику.
Этот "новый" производственный процесс (на который ушло более трех десятилетий) стал настолько распространенным, что есть опасения того, что молодые инженеры-механики уже не владеют многими производственными навыками, которые считаются основополагающими.
По мере того, как 3D-печать продолжает проникать в общество, даже в супермаркеты, становится очевидным, что время этой технологии уже наступило.
Привнося новые классы материалов в 3D-печать, такие как материалы с памятью о форме (SMM), эта технология может быть интегрирована с самоорганизующимися концепциями, такими как роботы оригами, чтобы создать новую парадигму. Это часто называют "4D-печатью". Сейчас мы можем видеть отчеты о различных типах структур, которые после печати претерпевают трансформацию формы.
Как и во многих других областях робототехники, 4D-печать начинается с материалов.
В то время как процесс печати 3D-структуры, которая затем преобразуется в новую форму, можно четко классифицировать как 4D-печать, нам необязательно начинать с 3D-структур.
Если мы печатаем двумерные структуры, которые затем подвергаются внеплоскостному изменению конформации, мы также создаем четырехмерную печатную структуру, как недавно сообщалось для двухмерных гидрогелеобразующих структур и двухмерных самосгибающихся эластомеров.
Также можно классифицировать печатных роботов оригами как подмножество роботов с 4D-печатью. Мы можем напечатать в 2D-формате комбинацию умных и обычных материалов для достижения анизотропных реакций.
ДВУСТОРОННИЕ ПРИВОДЫ С 4-МЯ ПЕЧАТНЫМИ ГОЛОВКАМИ
СММ являются ключевыми материалами для проектирования приводов нового поколения с 4D-печатью интеллектуальных роботов. С точки зрения морфологических преобразований СММ подразделяются на два типа: односторонние и двусторонние.
Односторонние СММ - это те, которые могут быть запрограммированы в определенную форму. При внешних стимулах, таких как температура, они претерпевают трансформацию формы, которая остается после удаления стимула.
И наоборот, двусторонние СММ могут обратимо морфировать между двумя разными формами, переключаясь с одного стимула на другой - сложного биморфного механизма.
ПЕРСПЕКТИВЫ
Будь то роботизированная система, состоящая из набора манипуляторов с концевыми эффекторами или сборка микро- и нанокомпонентов, включение материалов с 4D-печатью в эти устройства позволит получить новые возможности, которых в настоящее время нет.
Хотя значительные исследования учёных были посвящены созданию микророботов с 3D-печатью, эти инструменты, как правило, изготовлены из невосприимчивых, жестких материалов. Использование 4D-печати в области мелкомасштабных роботов остается неизученным из-за проблем, связанных с миниатюризацией интеллектуальных материалов с помощью имеющихся методов 3D-печати.